FILTERÜBERWACHUNGSSYSTEM

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filterüberwachungssystem zur Überwachung des Zustandes eines Filters in einem Fluidkanal.

STAND DER TECHNIK

Zur Entfernung von Partikeln aus Fluiden, einschließlich Gasen und Flüssigkeiten, sind Filter oft unabdingbar. Luftfilter sind beispielsweise essenzielle Bestandteile von HLK- (Heizung, Lüftung, Klimatechnik)-Anlagen, während Kraftstofffilter u.a. in Brennern und Motoren zur Anwendung kommen.

Verstopfungen eines solchen Filters ziehen in der Regel unerwünschte Konsequenzen nach sich, wie beispielsweise einen erhöhten Energieverbrauch, Überhitzung und/oder andere Schäden.

Es ist daher wünschenswert, die Verstopfung eines Filters frühzeitig zu erkennen, um entsprechend eine Reinigung oder einen Austausch des Filters rechtzeitig zu veranlassen.

Aus dem Stand der Technik sind viele Systeme zur Überwachung des Zustandes eines Filters bekannt.

Zum Beispiel offenbart die US 7,594,960 B2 ein System zur Überwachung des Zustands eines Luftfilters. Das System umfasst eine mechanische Kraftmessvorrichtung, die auf der stromabwärts gerichteten Seite des Filters angeordnet ist. Der Filter biegt sich als Reaktion auf die Strömung durch den Filter und übt dadurch eine Kraft auf die Kraftmessvorrichtung aus, wobei die Kraft mit dem Grad der Verstopfung des Filters zunimmt.

US 9,120,043 B2 offenbart einen Filterlebensdauersensor innerhalb eines Luftbehandlungssystems. Das Luftbehandlungssystem umfasst einen Luftstromeinlass, einen Luftstromauslass und einen Filter, der zwischen dem Luftstromeinlass und dem Luftstromauslass angeordnet ist. Die Filtersensoranordnung umfasst einen Bypass, der den Luftstromeinlass mit dem Luftstromauslass verbindet, und einen dielektrischen Schwingungssensor neben dem Bypass. Ein Luftstrom, der durch den Bypass fliesst, bewirkt eine Erhöhung der Frequenz und Amplitude der Schwingung.

US 2006/0259273 A1 offenbart ein Filterüberwachungssystem, das einen Differenzdrucksensor verwendet, um einen kontinuierlichen Signalausgang proportional zu einem Druckabfall über ein Filterelement zu liefern. Ein System, das einen Druckabfall über einen Filter überwacht, ist auch in WO 2015/078672 A1 offenbart.

In solchen Überwachungssystemen befindet sich ein erster Druckanschluss stromaufwärts des Filterelements und ein zweiter Druckanschluss stromabwärts des Filterelements. Partikel können daher durch den ersten Druckanschluss in den Differenzdrucksensor eindringen und diesen verunreinigen, was die Funktion des Differenzdrucksensors beeinträchtigen kann. Das Problem ist besonders gravierend bei dynamischen Differenzdrucksensoren, die den Differenzdruck durch Überwachung eines Fluidstroms durch einen Sensorkanal messen. Dynamische Differenzdrucksensoren werden schnell funktionsunfähig, wenn Partikel durch den Sensorkanal gelangen. Es kann daher notwendig sein, statische Differenzdrucksensoren anstelle von dynamischen Differenzdrucksensoren einzusetzen. Statische Differenzdrucksensoren, die in der Lage sind, ausreichend kleine Druckunterschiede zu erkennen, sind jedoch relativ teuer.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

In einem ersten Aspekt ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Filterüberwachungssystem anzugeben, das eine Kontaminierung des Differenzdrucksensors verhindert, eine einfache Systemintegration ermöglicht und Austausch und Reinigung des Filters nicht behindert.

Diese Aufgabe wird durch ein Filterüberwachungssystem gemäss Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Es wird also ein Filterüberwachungssystem zur Überwachung des Zustandes eines Filters in einem Fluidkanal, insbesondere einem HLK-Fluidkanal, welcher sich in einem Fahrzeug befinden kann, offenbart, aufweisend einen Differenzdrucksensor, wobei das Filterüberwachungssystem dazu ausgebildet ist, derart am Fluidkanal angeordnetzu werden, dass der Differenzdrucksensor eine Druckdifferenz zwischen einem Druck eines den Fluidkanal durchströmenden Kanalfluids in einem sich stromabwärts des Filters befindenden Bereich des Fluidkanals und einem Druck eines Umgebungsfluids in einem Bereich ausserhalb des Fluidkanals ermittelt.

Dadurch, dass eine Druckdifferenz zwischen dem Druck des Kanalfluids in einem sich stromabwärts des Filters befindenden Bereich des Fluidkanals und dem Druck des Umgebungsfluids in einem Bereich ausserhalb des Fluidkanals ermittelt wird, wird verhindert, dass Partikel aus einem sich stromaufwärts des Filters befindenden Bereich in den Differenzdrucksensor gelangen und diesen verschmutzen können. Letzteres wäre beispielsweise der Fall in einer Anordnung, welche eine Ermittlung einer Druckdifferenz zwischen dem Druck des Kanalfluids in einem sich stromabwärts des Filters befindenden Bereichs des Fluidkanals und dem Druck des Kanalfluids in einem sich stromaufwärts des Filters befindenden Bereichs des Fluidkanals vorsehen würde. Ausserdem ermöglicht das vorgeschlagene Filterüberwachungssystem eine besonders einfache Anordnung am Fluidkanal, denn es wird lediglich eine einzige Zugangsöffnung in einer Begrenzungswand des Fluidkanals benötigt.

Bevorzugt weist der Differenzdrucksensor einen ersten Druckanschluss und einen zweiten Druckanschluss auf, wobei sich der erste Druckanschluss und der zweite Druckanschluss ausserhalb des Fluidkanals befinden, wenn das Filterüberwachungssystem bestimmungsgemäss am Fluidkanal angeordnet ist. Weiter umfasst das Filterüberwachungssystem bevorzugt ein Gehäuse, das in eine Zugangsöffnung in einer Begrenzungswand des Fluidkanals hineinragt. Das Gehäuse weist vorzugsweise einen Verbindungskanal auf, welcher den ersten Druckanschluss mit dem sich stromabwärts des Filters befindenden Bereich des Fluidkanals fluidisch verbindet. Das Gehäuse verbindet zudem vorzugsweise den zweiten Druckanschluss fluidisch mit der Umgebung, d.h. mit dem Bereich ausserhalb des Fluidkanals, in welchem sich das Umgebungsfluid befindet.

Idealerweise weist das Filterüberwachungssystem einen Schutzfilter auf, welcher derart angeordnet ist, dass das Umgebungsfluid nur durch den Schutzfilter hindurch von dem sich ausserhalb des Fluidkanals befindenden Bereich in den zweiten Druckanschluss des Differenzdrucksensors gelangen kann. Durch einen solchen Schutzfilter kann verhindert werden, dass Partikel aus dem Umgebungsfluid in den Differenzdrucksensor gelangen. Im Gegensatz zur Durchflussrate des Kanalfluids durch den Filter im Fluidkanal weist das Umgebungsfluid eine sehr geringe Durchflussrate durch den Schutzfilter auf, wodurch der Schmutzfilter nur geringfügig und langsam verschmutzt wird.

Der Differenzdrucksensor ist vorzugsweise ein dynamischer Differenzdrucksensor mit einem Sensorkanal, der sich zwischen dem ersten Druckanschluss und dem zweiten Druckanschluss erstreckt, wobei der Differenzdrucksensor so konfiguriert sein kann, dass er die Druckdifferenz zwischen dem ersten Druckanschluss und dem zweiten Druckanschluss bestimmt, indem er einen Sensorfluidfluss durch den Sensorkanal misst, wobei der Sensorfluidfluss durch die Druckdifferenz zwischen dem Druck des Umgebungsfluids und dem Druck des Kanalfluids verursacht wird.

Der Sensorkanal weist dabei eine Querschnittsfläche auf, welche um Grössenordnungen kleiner ist als die Querschnittsfläche des Fluidkanals, durch welchen das Kanalfluid fliesst, z.B. um mindestens einen Faktor T000 kleiner. Dementsprechend ist die Durchflussrate durch den Sensorkanal um Grössenordnungen kleiner als die Durchflussrate durch den Fluidkanal.

Das Filterüberwachungssystem ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich der erste Druckanschluss des Differenzdrucksensors senkrecht zu einer Längsrichtung des Fluidkanals bzw. einer dadurch definierten Flussrichtung des Kanalfluids erstreckt, wenn das Filterüberwachungssystem bestimmungsgemäss am Fluidkanal angeordnet ist. Insbesondere kann das Gehäuse des Filterüberwachungssystems derart ausgestaltet sein, dass es den Differenzdrucksensor in einer entsprechenden Orientierung aufnimmt.

Der Differenzdrucksensor ist bevorzugt in einer Bauform ausgestaltet, bei der sich der zweite Druckanschluss parallel zum ersten Druckanschluss erstreckt, wobei der erste Druckanschluss und der zweite Druckanschluss beide in Richtung des Fluidkanals weisen, wenn das Filterüberwachungssystem bestimmungsgemäss am Fluidkanal angeordnet ist. Das Gehäuse des Filterüberwachungssystems kann dementsprechend dazu ausgebildet sein, einen Differenzdrucksensor dieser Bauform aufzunehmen. Eine solche Anordnung der Druckanschlüsse ist bei Differenzdrucksensoren weit verbreitet. Indem das Filterüberwachungssystem eine solche Anordnung der Druckanschlüsse vorsieht (was z.B. eine entsprechende Gestaltung des Gehäuses voraussetzt), können handelsübliche Differenzdrucksensoren eingesetzt werden. Dadurch können die Kosten des Filterüberwachungssystems weiter reduziert werden.

Das Gehäuse kann eine Dichtungsfläche aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, auf einer Aussenseite einer Begrenzungswand des Fluidkanals aufzuliegen. Das Gehäuse kann zudem eine Verbindungsvorrichtung aufweisen, über welche Verbindungsvorrichtung das Gehäuse mit der Begrenzungswand des Fluidkanals verbindbar ist. Diese Verbindungsvorrichtung kann insbesondere eine Bajonettverbindung sein. Die Verbindungsvorrichtung kann einen Drehsicherungszapfen aufweisen, welcher dazu ausgebildet ist, in eine Vertiefung an der Aussenseite der Begrenzungswand einzugreifen, wodurch das Filterüberwachungssystem vor einer versehentlichen Verdrehung bewahrt wird.

Der Differenzdrucksensor kann an einer Leiterplatte angebracht sein, die im Gehäuse des Filterüberwachungssystems gehalten ist. Das Gehäuse kann insbesondere ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil umfassen. Das erste Gehäuseteil kann dazu dienen, den Differenzdrucksensor mit dem Fluidkanal zu verbinden. Dazu kann das erste Gehäuseteil in die Zugangsöffnung in der Begrenzungswand des Fluidkanals hineinragen und den oben genannten Verbindungskanal aufweisen, weicherden ersten Druckanschluss mit dem sich stromabwärts des Filters befindenden Bereich des Fluidkanals fluidisch verbindet. Das erste Gehäuseteil verbindet zudem vorzugsweise den zweiten Druckanschluss fluidisch mit der Umgebung, d.h. mit dem Bereich ausserhalb des Fluidkanals, in welchem sich das Umgebungsfluid befindet. Weiter kann das erste Gehäuseteil die oben genannte Dichtungsfläche, sowie die Verbindungsvorrichtung aufweisen, über welche Verbindungsvorrichtung das erste Gehäuse mit der Begrenzungswand des Fluidkanals verbindbar ist.

Das zweite Gehäuseteil kann dagegen dazu dienen, die Leiterplatte zu schützen. Dazu kann das zweite Gehäuseteil eine Aufnahme für die Leiterplatte aufweisen. Die Leiterplatte kann von einer Haltevorrichtung in der Aufnahme gehalten werden, um ein versehentliches Herausfallen zu verhindern. Vorzugsweise lassen sich das zweite Gehäuseteil, die Leiterplatte mit dem Differenzdrucksensor und das erste Gehäuseteil derart miteinander verbinden, dass sich der erste Druckanschluss des Differenzdrucksensors stöpselartig in den Verbindungskanal des ersten Gehäuseteils einfügt und dass der zweite Druckanschluss gegenüberliegend zu einer Gehäuseöffnung im ersten Gehäuseteil zu liegen kommt, durch welche ein Austausch des Umgebungsfluids stattfinden kann. Idealerweise ist die Gehäuseöffnung im ersten Gehäuseteil von dem Schutzfilter überspannt, wobei der Schutzfilter optional von einer herausnehmbaren Schutzfilterhalterung im ersten Gehäuseteil eingeklemmt sein kann. Der Schutzfilter kann optional ebenfalls als herausnehmbare Filtermembran gestaltet sein, was eine Reinigung oder einen Austausch erleichtert.

Die Leiterplatte kann auf einer dem Differenzdrucksensor entgegengesetzten Seite einen Steckeranschluss aufweisen, wobei das zweite Gehäuseteil diesen Steckeranschluss so umgibt, dass dadurch eine Führung für ein Gegenstück zum Steckeranschluss gebildet wird. Besonders geeignet ist beispielsweise ein Steckeranschluss mit 3 Kontaktpins für die Realisation einer LIN-Schnittstelle. Steckeranschlüsse mit 4 Kontaktpins - z.B. für eine I2C- Schnittstelle - sind ebenfalls denkbar.

Die durch den Differenzdrucksensor ermittelte Druckdifferenz hängt einerseits von der Durchflussrate des Kanalfluids durch den Filter und entsprechend vom Verstopfungsgrad des Filters ab, andererseits ist die ermittelte Druckdifferenz aber auch vom absoluten Druck des Umgebungsfluids abhängig.

Da der absolute Druck des Umgebungsfluids oft nur schwierig oder gar nicht regelbar ist, wie beispielsweise im Falle des absoluten Drucks der Umgebungsluft in einem Fahrzeug, so ist es wünschenswert, diesen absoluten Druck des Umgebungsfluids ermitteln zu können. Die durch den Differenzdrucksensor ermittelte Druckdifferenz kann derart hinsichtlich des absoluten Drucks des Umgebungsfluids kompensiert werden, dass eine kompensierte Kenngrösse resultiert, welche den Verstopfungsgrad des Filters unabhängig vom Druck des Umgebungsfluids angibt und somit die Ausgabe eines zuverlässigen und genauen Zustandssignals ermöglicht.

Das Filterüberwachungssystem kann daher einen Absolutdrucksensor zur Ermittlung des absoluten Drucks des Umgebungsfluids aufweisen. Dieser Absolutdrucksensor ist vorzugsweise innerhalb des Gehäuses angeordnet, kann sich aber auch ausserhalb des Gehäuses befinden.

Anstelle des Absolutdrucksensors oder zusätzlich zum Absolutdrucksensor kann das Filterüberwachungssystem eine Schnittstelle zum Empfang von GPS-Daten aufweisen, aus denen der absolute Druck des Umgebungsfluids bestimmbar ist. Ebenfalls kann das Filterüberwachungssystem eine Schnittstelle zum Empfang eines Signals aus einer Motorkontrolleinheit des Fahrzeugs aufweisen, wobei aus dem Signal der absolute Druck des Umgebungsfluids bestimmbar ist.

Ein Verfahren zur Ermittlung des Zustands eines Filters in einem Fluidkanal, insbesondere einem HLK-Fluidkanal in einem Fahrzeug, kann somit folgende Schritte aufweisen:

In einem ersten Schritt können vordefinierte Parameter eingestellt werden, welche zur einer bekannten Durchflussrate des Kanalfluids führen. Die vordefinierten Parameter können insbesondere im Falle eines HLK-Systems in einem Fahrzeug beispielsweise Default-Zustände von Fenstern, HLK-Klappen oder eines HLK-Gebläses sein.

In einem zweiten Schritt kann die Druckdifferenz anhand eines Filterüberwachungssystem ermittelt werden, welches einen Differenzdrucksensor aufweist, wobei das Filterüberwachungssystem dazu ausgebildet ist, derart am Fluidkanal angeordnetzu werden, dass der Differenzdrucksensor eine Druckdifferenz zwischen einem Druck eines den Fluidkanal durchströmenden Kanalfluids in einem sich stromabwärts des Filters befindenden Bereich des Fluidkanals und einem Druck eines Umgebungsfluids in einem Bereich ausserhalb des Fluidkanals ermittelt.

In einem dritten Schritt, welcher vorzugsweise zeitgleich zum zweiten Schritt erfolgt, kann optional der absolute Druck des Umgebungsfluids anhand eines Absolutdrucksensors, GPS-Daten oder eines Signals aus einer Motorkontrolleinheit ermittelt werden.

In einem vierten Schritt kann optional aus der Druckdifferenz und aus dem absoluten Druck eine Kenngrösse, die hinsichtlich des absoluten Drucks kompensiert ist, ermittelt werden. Das Filterüberwachungssystem kann eine Signalverarbeitungseinrichtung aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, eine solche Kenngrösse zu berechnen.

Diese Kenngrösse kann anschliessend optional in einem fünften Schritt mit einem Referenzwert verglichen werden. Dieser Referenzwert kann z.B. in einer Tabelle gespeichert sein, welche beispielsweise in der Signalverarbeitungseinrichtung hinterlegt ist.

Das Verfahren kann zudem einen Referenzmessschritt aufweisen, bei dem ein Referenzwert für die besagten vordefinierten Parameter nach Einsetzen eines neuen oder frisch gereinigten Filters in den Fluidkanal ermittelt wird.

In einem sechsten Schritt kann optional ein Zustandssignal ausgegeben werden, welches angibt, wie stark die ermittelte Kenngrösse vom Referenzwert abweicht und/oder ob der Filter ausgetauscht bzw. gereinigt werden sollte. Vorteilhaft ist, dass der absolute Druck des Umgebungsfluids in einem solchen Verfahren nur zur Kompensation atmosphärischer Schwankungen herangezogen wird und somit deutlich weniger genau bestimmt werden muss, als wenn der absolute Druck des Umgebungsfluids bereits zur Ermittlung der Druckdifferenz explizit gemessen werden müsste. Somit können für die Ermittlung des absoluten Drucks des Umgebungsfluids in besagtem Verfahren einfache und kostengünstige Absolutdrucksensoren verwendet werden.

In einem zweiten Aspekt ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein HLK-System anzugeben, in welchem der Verstopfungszustand eines Filters auf einfache Weise überwacht wird.

Das HLK-System weist einen Fluidkanal auf und einen Filter, welcher in dem Fluidkanal angeordnet ist. Weiter weist das HLK-System ein Filterüberwachungssystem der oben genannten Art auf, wobei das Filterüberwachungssystem derart am Fluidkanal angebracht ist, dass der Differenzdrucksensor eine Druckdifferenz zwischen einem Druck eines den Fluidkanal durchströmenden Kanalfluids in einem sich stromabwärts des Filters befindenden Bereich des Fluidkanals und einem Druck eines Umgebungsfluids in einem Bereich ausserhalb des Fluidkanals ermittelt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 in stark schematischerWeise ein Filterüberwachungssystem nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Abhängigkeit des Druckabfalls über einem Filter von der Durchflussrate für einen neuen Filter und für einen verstopften Filter;

Fig. 3 in stark schematischer Weise ein Filterüberwachungssystem gemäss einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine detaillierte Schnittansicht der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine Ausführungsform eines Differenzdrucksensors in perspektivischer Ansicht; Fig. 6 den Aufbau des Filterüberwachungssystems der Fig. 4 in einer perspektivischen Explosionsansicht;

Fig. 7a eine erste perspektivische Ansicht des Filterüberwachungssystems der Fig. 4; Fig. 7b eine zweite perspektivische Ansicht des Filterüberwachungssystems der Fig. 4; Fig. 7c eine perspektivische Ansicht des zweiten Gehäuseteils des

Filterüberwachungssystems der Fig. 4 inklusive einer Leiterplatte, an welcher ein Differenzdrucksensor angebracht ist;

Fig. 8a in stark schematischer Weise ein Filterüberwachungssystem gemäss einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8b in stark schematischer Weise ein Filterüberwachungssystem gemäss einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8c in stark schematischer Weise ein Filterüberwachungssystem gemäss einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Filterüberwachungssystem nach dem Stand der Technik

Figur 1 zeigt in stark schematischerWeise ein Filterüberwachungssystem nach dem Stand der Technik. Ein Filter 4 ist in einem Fluidkanal 20 angeordnet. Der Filter 4 ist fluiddicht im Fluidkanal 20 befestigt, so dass ein Kanalfluid 2 den Filter 4 durchströmt. Der Filter 4 überspannt den Querschnitt des Fluidkanals 20, um Partikel aus dem Kanalfluid 2 aufzuhalten.

Ein Differenzdrucksensor 10 hat einen ersten, stromabwärts des Filters 4 angeordneten Druckanschluss 11 und einen zweiten, stromaufwärts des Filters 4 angeordneten Druckanschluss 12. Der erste Druckanschluss 11 ist dem statischen Fluiddruck Pi stromabwärts des Filters 4 ausgesetzt, während der zweite Druckanschluss 12 dem statischen Fluiddruck P2 stromaufwärts des Filters 4 ausgesetzt ist. Der Differenzdrucksensor 10 misst dabei den Druckabfall ÄP=P2-Pi über dem Filter 4.

Der Druckabfall DR hängt von der Durchflussrate Q des Kanalfluids 2 durch den Fluidkanal 20 ab, bei gegebener Durchflussrate Q aber auch vom Verschmutzungsgrad des Filters 4, wie in Figur 2 schematisch dargestellt ist. Ein sauberer Filter 4 führt zu einem geringeren Druckabfall DR als ein verschmutzter Filter 4. Der Verschmutzungsgrad des Filters 4 kann also durch eine Messung des Druckabfalls DR überwacht werden. Insbesondere kann für eine gegebenen Durchflussrate Q eine Differenz d zwischen dem Druckabfall über dem (potentiell) verstopften Filter DR _n und einer Referenzmessung des Druckabfalls übereinem sauberen Filter DR _d gebildet werden, d.h. d = DR _n - DR _d , wobei ein Warnsignal ausgelöst werden kann, sollte diese Differenz d einen festgelegten Schwellenwert überschreiten.

Filterüberwachungssystem nach einer ersten Ausführungsform

Figur 3 stellt in stark schematischer Weise ein Filterüberwachungssystem 1 gemäss einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Anstatt dem Fluiddruck P2 stromaufwärts des Filters 4 ist der zweite Druckanschluss 12 des Differenzdrucksensors 10 einem Druck Po eines Umgebungsfluids 3 in einem Bereich 30 ausserhalb des Fluidkanals 20 ausgesetzt. Da der erste Druckanschluss 11 dem Druck Pi stromabwärts des Filters 4 ausgesetzt ist, ermittelt der Differenzdrucksensor 10 nun die Druckdifferenz DR=Ro-Ri. Die Anbringung eines solchen Filterüberwachungssystems 1 an einem Fluidkanal 20 ist im Gegensatz zur Anordnung in Figur 1 vereinfacht, da hier nur einer der beiden Druckanschlüsse durch eine Begrenzungswand 24 des Fluidkanals 20 hindurch fluidisch mit dem Fluidkanal 20 verbunden werden muss.

In Figur 4 ist die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Schnittansicht illustriert. Es gilt zu beachten, dass die Dimensionen des Fluidkanals 20 und des Filters 4 im Vergleich zu den Dimensionen des Filterüberwachungssystem 1 in Figur 4 nicht massstabgetreu dargestellt sind. Der Fluidkanal kann insbesondere ein HLK-Kanal in einem Fahrzeug sein, welcher typischerweise einen Querschnitt im Bereich von z.B. 400 bis 800 cm ² aufweist. Das Filterüberwachungssystems 1 umfasst ein Gehäuse, wobei das Gehäuse ein erstes Gehäuseteil 40 und ein zweites Gehäuseteil 50 aufweist. Das in Figur 4 dargestellte Gehäuse weist vorzugsweise jeweils in allen Raumrichtungen eine Ausdehnung von weniger als 5 cm auf. Wenn das Filterüberwachungssystem 1 bestimmungsgemäss (d.h. wie hier dargestellt) am Fluidkanal 20 angeordnet ist, ragt das erste Gehäuseteil 40 in eine Zugangsöffnung 22 in einer Begrenzungswand 24 des Fluidkanals 20 hinein, wobei das erste Gehäuseteil 40 eine Dichtungsfläche 42 aufweist, welche auf einer Aussenseite des Fluidkanals 20 aufliegt. Das erste Gehäuseteil 40 weist zudem eine Verbindungsvorrichtung 43 auf, insbesondere wie hier dargestellt eine Bajonettverbindung, über welche das erste Gehäuseteil 40 mit dem Fluidkanal 20 verbunden ist. Ein Drehsicherungszapfen 44 greift in eine Vertiefung 23 an der Aussenseite des Fluidkanals 20 ein, wodurch das Filterüberwachungssystem vor einer versehentlichen Verdrehung bewahrt wird. Der Differenzdrucksensor 10 ist an einer Leiterplatte 60 angebracht, welche vom zweiten 50 Gehäuseteil umgeben ist. Das zweite Gehäuseteil 50, die Leiterplatte 60 mit dem Differenzdrucksensor 10 und das erste Gehäuseteil 40 sind derart miteinander verbunden, dass sich der erste Druckanschluss 11 des Differenzdrucksensors 10 stöpselartig in einen Verbindungskanal 41 des ersten Gehäuseteils 40 einfügt, wobei der Verbindungskanal 41 den ersten Druckanschluss 11 des Differenzdrucksensors 10 mit einem sich stromabwärts des Filters befindenden Bereich 21 des Fluidkanals 20 fluidisch verbindet. Ein sich um den ersten Druckanschluss 11 erstreckender Dichtungsring 55 sorgt für eine dichte Einfügung des ersten Druckanschlusses 11 in den Verbindungskanal 41. Die Leiterplatte 60 weist auf einer dem Differenzdrucksensor 10 entgegengesetzten Seite einen Steckeranschluss 61 (hier einen LIN Stecker) auf. Das zweite Gehäuseteil 50 umgibt diesen Steckeranschluss 61 so, dass dadurch eine Führung 54 für ein Gegenstück zum Steckeranschluss 61 gebildet wird. Der Verbindungskanal 41 und der erste Druckanschluss 11 sind senkrecht zu einer Längsrichtung des Fluidkanals 20 bzw. einer dadurch definierten Flussrichtung des Kanalfluids 2 (siehe Pfeil in Figur 4) angeordnet, wenn das Filterüberwachungssystem wie hier bestimmungsgemäss am Fluidkanal 20 angeordnet ist. Der zweite Druckanschluss 12 verläuft parallel zum ersten Druckanschluss 11 und weist, ebenso wie der erste Druckanschluss, in Richtung des Fluidkanals. Der zweite Druckanschluss liegt zudem einer Gehäuseöffnung 46 im ersten Gehäuseteil 40 gegenüber. Ein Schutzfilter 52 überspannt diese Gehäuseöffnung 46 im ersten Gehäuseteil 40, wobei der Schutzfilter 52 hier von einer herausnehmbaren Schutzfilterhalterung 53 im ersten Gehäuseteil eingeklemmt ist. Das Umgebungsfluid 3 gelangt in diesem Fall durch den Schutzfilter 52 hindurch von einem sich ausserhalb des Fluidkanals 20 befindenden Bereich 30 in den zweiten Druckanschluss 12.

In der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist der Differenzdrucksensor 10 ein dynamischer Differenzdrucksensor mit einem Sensorkanal 13, der sich zwischen dem ersten Druckanschluss 11 und dem zweiten Druckanschluss 12 erstreckt, wobei der Differenzdrucksensor 10 so konfiguriert ist, dass er eine Druckdifferenz DR zwischen dem ersten Druckanschluss 11 und dem zweiten Druckanschluss 12 bestimmt, indem er einen Sensorfluidfluss 14 durch den Sensorkanal 13 misst. Der Sensorfluidfluss 14 wird durch den Differenzdruck zwischen dem Druck Po des Umgebungsfluids 3 und dem Druck Pi des Kanalfluids 2 verursacht. Ist der Druck Pi niedriger ist als der Druck Po, was in der Regel der Fall ist, solange das Kanalfluid 2 durch einen stromabwärts des Filters angeordneten Lüfter angesaugt wird, so weist der Sensorfluidfluss 14 die durch den gestrichelten Pfeil in Figur 4 angegebene Richtung auf.

In Figur 5 ist eine Ausführungsform des Differenzdrucksensors 10 in perspektivischer Ansicht zu sehen. Diese Ausführungsform entspricht der Ausführungsform des Differenzdrucksensors 10, welche in Figur 4 als Teil des Filterüberwachungssystems 1 in der Schnittansicht zu erkennen ist. Der Differenzdrucksensor 10 weist ein Sensorgehäuse 15 auf, in dem der Sensorkanal 13 ausgebildet ist. In dem Sensorkanal 13 ist ein mikrothermisches Sensorelement angeordnet. Das mikrothermische Sensorelement umfasst ein Heizelement, einen ersten Temperatursensor stromaufwärts des Heizelements und einen zweiten Temperatursensor stromabwärts des Heizelements in Bezug auf den Sensorfluidfluss. Zur Bestimmung des Sensorfluidflusses durch den Sensorkanal 13 wird das Heizelement erhitzt und die Temperaturdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Temperatursensor bestimmt. Bei gegebener Heizleistung ist die Temperaturdifferenz im stationären Zustand ein Indikator für den Sensorfluidfluss durch den Sensorkanal. Da der Sensorfluidfluss von der Druckdifferenz zwischen dem ersten Druckanschluss 11 und dem zweiten Druckanschluss 12 abhängt, ist die Temperaturdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Temperatursensor auch ein Indikator für die Druckdifferenz zwischen diesen Druckanschlüssen 11,12. Zur Versorgung des Heizelements mit Strom und zur Verarbeitung der Temperatursignale der Temperatursensoren ist eine Steuerschaltung vorgesehen. Die Steuerschaltung kann zusammen mit dem Heizelement und den Temperatursensoren auf einem gemeinsamen Substrat integriert sein, z. B. basierend auf CMOS-Technologie. Für einen möglichen Aufbau und die Funktionsweise des mikrothermischen Sensorelements wird auf EP1426740A2 verwiesen. Die beiden Druckanschlüsse 11, 12 sind parallel zueinander ausgerichtet und erstrecken sich vom Gehäuse 15 weg in dieselbe Richtung. Ein Differenzdrucksensor dieser Bauform ist näher in der Druckschrift EP 3032227B1 beschrieben, deren Offenbarung hierin durch Verweis vollständig aufgenommen wird. Der zweite Druckanschluss 12 kann z.B. auch durch eine einfache Öffnung im Gehäuse 15 des Differenzdrucksensors ersetzt werden. Für die Ausführungsform des Filterüberwachungssystems der Fig. 4 genügt es, dass der Differenzdrucksensor einen einzigen stöpselartigen Druckanschluss aufweist.

Figur 6 zeigt den Aufbau des Filterüberwachungssystems gemäss der in Figur 4 gezeigten bevorzugten Ausführungsform in einer perspektivischen Explosionsansicht. Wie in dieser Explosionsansicht besonders gut zu sehen ist, sind der Schutzfilter 52 und die Schutzfilterhalterung 53 in dieser bevorzugten Ausführungsform beide herausnehmbar. Ebenfalls gut zu sehen sind auf einer Aussenseite des ersten Gehäuseteils 40 angebrachte Verschlusslaschen 45, welche dazu ausgebildet sind, sich jeweils um einen auf einer Aussenseite des zweiten Gehäuseteils 50 angebrachten Noppen 56 zu erstrecken, wenn das erste Gehäuseteil 40 und das zweite Gehäuseteil 50 ineinandergesteckt sind, um eine Rastverbindung zu bilden.

Figur 7a und 7b sind perspektivische Ansichten des Filterüberwachungssystems 1, wobei hier das erste Gehäuseteil 40 und das zweite Gehäuseteil 50 ineinandergesteckt sind. In der in Figur 7a gewählten Ansicht sind die Dichtungsfläche 42, die Bajonettverbindung 43, sowie der Drehsicherungszapfen 44 gut zu erkennen. In Figur 7b ist zu erkennen, dass das zweite Gehäuseteil eine Führung 54 für das Gegenstück zum Steckeranschluss 61 bildet.

Figur 7c zeigt eine perspektivische Ansicht des zweiten Gehäuseteils 50. Das zweite Gehäuseteil weist eine Aufnahme für die Leiterplatte 60 auf. Die Leiterplatte 60, an welcher der Differenzdrucksensor 10 angebracht ist, wird dabei von einer Haltevorrichtung 51 in der Aufnahme gehalten.

Filterüberwachungssystem nach weiteren Ausführungsformen

Die Figuren 8a bis 8c zeigen weitere Ausführungsformen eines Filterüberwachungssystems 1 gemäss der vorliegenden Erfindung, wobei zusätzlich zur Druckdifferenz DR auch der absolute Druck Po des Umgebungsfluids 3 bestimmt wird. Das Filterüberwachungssystem 1 weist zudem eine Signalverarbeitungseinrichtung 100 auf, welche dazu ausgebildet ist, die durch den Differenzdrucksensor 10 ermittelte Druckdifferenz DR derart hinsichtlich des absoluten Drucks Po zu kompensieren, dass eine kompensierte (d.h. vom absoluten Druck Po des Umgebungsfluids unabhängige) Kenngrösse resultiert.

In der in Figur 8a schematisch dargestellten zweiten Ausführungsform weist das Filterüberwachungssystem 1 einen Absolutdrucksensor 70 zur Ermittlung des absoluten Drucks Po des Umgebungsfluids 3 auf. Dieser ist bevorzugt innerhalb des Gehäuses angeordnet.

In der in Figur 8b schematisch dargestellten dritten Ausführungsform weist das Filterüberwachungssystem 1 eine Schnittstelle 101 zum Empfang von GPS-Daten aus einem GPS-Empfänger 80 auf, aus denen der absolute Druck Po des Umgebungsfluids 3 bestimmbar ist. In der in Figur 8c schematisch dargestellten vierten Ausführungsform weist das Filterüberwachungssystem 1 eine Schnittstelle 102 zum Empfang eines Signals aus einer Motorkontrolleinheit 90 des Fahrzeugs auf, wobei aus dem Signal der absolute Druck Po des Umgebungsfluids 3 bestimmbar ist.

Verwendung des Filterüberwachungssystems

Figur 9 zeigt ein Verfahren zur Ermittlung des Zustands eines Filters in einem Fluidkanal, insbesondere einem HLK-Fluidkanal in einem Fahrzeug, welches auf der Verwendung des Filterüberwachungssystems gemäss der zweiten, dritten oder vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basiert. In einem ersten Schritt 201 werden vordefinierte Parameter eingestellt, welche zu einer bekannten Durchflussrate Q des Kanalfluids führen. Die vordefinierten Parameter können insbesondere im Falle eines HLK-Systems in einem Fahrzeug beispielsweise Default-Zustände von Fenstern, HLK-Klappen oder eines HLK- Gebläses sein. In einem zweiten Schritt 202 wird die Druckdifferenz DR anhand des Differenzdrucksensors im Filterüberwachungssystem ermittelt. In einem dritten Schritt 203, welcher idealerweise zeitgleich zum zweiten Schritt 202 erfolgt, wird der absolute Druck Po des Umgebungsfluids anhand eines Absolutdrucksensors, GPS-Daten oder eines Signals aus einer Motorkontrolleinheit ermittelt. In einem vierten Schritt 204 wird aus der Druckdifferenz DR und dem absoluten Druck Po eine hinsichtlich des absoluten Drucks Po kompensierte Kenngrösse ermittelt. Diese Kenngrösse wird anschliessend in einem fünften Schritt 205 mit einem Referenzwert verglichen, der für die besagten vordefinierten Parameter ermittelt worden ist, als der Filter 4 neu oder frisch gereinigt war. Dieser Referenzwert kann beispielsweise einer Tabelle entnommen werden, welche in der Signalverarbeitungseinrichtung 100 abgespeichert sein kann. In einem sechsten Schritt 206 wird ein Zustandssignal ausgegeben, welches angibt, wie stark die ermittelte normierte Kenngrösse vom Referenzwert abweicht und/oder ob der Filter ausgetauscht bzw. gereinigt werden sollte.

Überlegungen zur Dimensionierung des Filterüberwachungssystems

Für einen HLK-Fluidkanal in einem Fahrzeug beträgt der Differenzdruck DR bei einer Durchflussrate des Kanalfluids (in diesem Falle Luft) von Q=300 m ³ /h bei einem neuen Filter DR=50-100 Pa, während bei einem verstopften Filter typischerweise eine Druckdifferenz von DR=200-300 Pa auftritt. Idealerweise ist der Differenzdrucksensor in der Lage, Druckdifferenzen in einem Messbereich von 10-300 Pa mit einer Genauigkeit von 10-20 Pa zu ermitteln. Um eine solche Genauigkeit in diesem niedrigen Messbereich zu erreichen, eignen sich insbesondere dynamische Differenzdrucksensoren, die auf mikrothermischen Sensorelementen basieren. Für einen möglichen Aufbau und die Funktionsweise eines mikrothermischen Sensorelements wird auf EP1426740A2 verwiesen. Differenzdrucksensoren, die solche mikrothermischen Sensorelement aufweisen, sind in EP 3032227 B1 offenbart.

BEZUGSZEICHENLISTE Filterüberwachungssystem 44 Drehsicherungszapfen Kanalfluid 45 Verschlusslaschen Umgebungsfluid 46 Gehäuseöffnung Filter 50 zweites Gehäuseteil Differenzdrucksensor 52 Schutzfilter erster Druckanschluss 53 Schutzfilterhalterung zweiter Druckanschluss 54 Führung Sensorkanal 55 Dichtungsring Sensorfluidfluss 56 Noppen Sensorgehäuse 60 Leiterplatte Fluidkanal 61 Steckeranschluss Bereich des Fluidkanals 70 Absolutdrucksensor stromabwärts des Filters 80 GPS-Empfänger Zugangsöffnung 90 Motorkontrolleinheit Vertiefung 100 Signalverarbeitungs Begrenzungswand einrichtung Bereich ausserhalb des 101 Schnittstelle

Fluidkanals 102 Schnittstelle erstes Gehäuseteil Po Druck des Umgebungsfluids Verbindungskanal Pi Druck des Kanalfluids Dichtungsfläche DR Druckdifferenz Verbindungsvorrichtung